Nauka  / News

Naukowcy odkrywają zupełnie nowy świat. Rewolucyjna technika mikroskopowa pozwala oglądać poszczególne atomy w białkach

Nowa, rewolucyjna technika obrazowania cząsteczek wprowadzana pod nazwą mikroskopii krioelektronowej pozwoliła na uzyskanie najdokładniejszych jak dotąd obrazów, dzięki czemu naukowcom udało się po raz pierwszy rozdzielić poszczególne atomy w białkach.

Osiągając poziom rozdzielczości atomowej za pomocą kriogenicznej mikroskopii elektronowej, badacze będą w stanie zobaczyć w niespotykanej dotąd rozdzielczości działanie białek, którego nie dało się dostrzec za pomocą żadnej innej techniki obrazowania, takiej jak chociażby krystalografia rentgenowska.

Przełom, o którym poinformowały dwa laboratoria w ubiegłym miesiącu, umacnia pozycję techniki krio-EM jako najlepszego narzędzia do mapowania trójwymiarowych kształtów białek. To ono pozwoli naukowcom zrozumieć działanie białek w zdrowiu i chorobie, a tym samym doprowadzi do opracowywania lepszych leków powodujących mniej skutków ubocznych.

To prawdziwy kamień milowy. Nie ma już kolejnego etapu, do którego moglibyśmy dążyć. To była ostatnia bariera rozdzielczości – mówi Holger Stark, biochemik i specjalista od mikroskopów elektronowych w Instytucie Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka w Getyndze.

Prawdziwa rozdzielczość atomowa to ogromny skok naprzód – dodaje John Rubinstein, biolog z Uniwersytetu Toronto w Kanadzie.

Nie zmienia to jednak faktu, że uzyskanie obrazu struktury atomowej wielu białek wciąż będzie sporym wyzwaniem, chociażby z powodu elastyczności białek, ale opublikowane teraz artykuły wyraźnie pokazują do jakiego poziomu dokładności można zejść, jeżeli naukowcy poradzą sobie z innymi ograniczeniami.

Przełamywanie granic

Krio-EM to technika z długą historią. Od wielu dziesięcioleci pozwala określać kształt zamarzniętych próbek strzelając w nie elektronami i zapisując powstałe w ten sposób obrazy. Postępy w rozwoju technologii wykrywania odbitych elektronów oraz rozwój oprogramowania do analizy obrazów umożliwiły swego rodzaju „rewolucję rozdzielczości”, która rozpoczęła się w okolicach 2013 r. To właśnie wtedy zaczęto uzyskiwać ostrzejsze obrazy niż wcześniej, niemal tak dobre jak za pomocą krystalografii rentgenowskiej, która pozwala na badanie struktury wewnętrznej kryształów białka poprzez bombardowanie ich promieniami rentgenowskimi.

Problem jednak w tym, że aby skrystalizować białko potrzeba czasami całych miesięcy lub lat, a wiele białek istotnych medycznie nie tworzy przydatnych kryształów. Tymczasem technika mikroskopii krioelektronowej wymaga jedynie umieszczenia białka w oczyszczonym roztworze.

Precyzyjniej działające leki

Mapy o rozdzielczości atomowej są na tyle dokładne, że pozwalają jednoznacznie określić położenie poszczególnych atomów w białku w rozdzielczości rzędu 1,2 angstrema. Tak dokładne zdjęcia pozwolą naukowcom badać jak działają enzymy, a to z kolei pozwoli opracowywać leki, które będą hamowały ich aktywność.

Próbując zejść do poziomu atomowego, badacze pracowali z apoferrytyną, białkiem transportującym jony żelaza. Dzięki niesamowitej stabilności tego białka, stało się ono swego rodzaju królikiem doświadczalnym dla krio-EM.

Rekordowa rozdzielczość

Przed wykorzystaniem nowej techniki, rekordowa rozdzielczość uzyskano na poziomie 1,54 angstrema. Teraz dzięki instrumentowi, który sprawia, że elektrony poruszają się z podobnymi prędkościami przed uderzeniem w próbkę, zespół Starka zszedł do poziomu 1,25 angstrema, poprawiając tym samym ostrość obrazu. W ten sposób osiągnięto na tyle dokładne obrazy struktury białka, że dało się w nich dostrzec pojedyncze atomy wodoru, zarówno w białku jak i otaczających go cząsteczkach wody.

Stark zauważa, że jest to już granica możliwości. Owszem można byłoby zejść jeszcze do poziomu 1 angstrema, ale poniżej już nie. Uzyskanie obrazu struktury białka o wyższej dokładności za pomocą obecnych technologii wymagałoby kilkuset lat zbierania danych i nierealistycznej ilości mocy obliczeniowych.

Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst